Grundlagen der Informatik: Hardware, Software & Sprachen

Was ist Informatik?

Informatik ist die Wissenschaft der Informationsverarbeitung durch Maschinen. Sie umfasst den Bestand an wissenschaftlichen Erkenntnissen und Techniken, die die automatische Verarbeitung von Informationen durch Computer ermöglichen. Es handelt sich um einen Wissensbereich, der die Gestaltung und Nutzung von Computern umfasst.

Definition des Computers

Ein Computer ist eine Maschine, die Eingabedaten annimmt, logische und arithmetische Operationen an ihnen ausführt und die daraus resultierenden Daten über ein Ausgabemedium ausgibt. Dies geschieht ohne das Eingreifen eines menschlichen Bedieners und unter der Kontrolle eines zuvor im Computer gespeicherten Programms.

Die Quote-Maschine

Eine QUOTE-Maschine kann arithmetische Operationen unter direkter Kontrolle des Anwenders ausführen. Sie führt jedoch keine logischen Operationen automatisch aus.

Hardware, Software und Firmware

LINK Hardware: Dies ist die Reihe von elektronischen Schaltungen, Leitungen, elektromechanischen Geräten und anderen physikalischen Elementen, aus denen ein Computer besteht.

Software: Eine Reihe von Programmen, die durch den Computer ausführbar sind. Die Software umfasst nicht nur Computerprogramme, sondern alle Fragen im Zusammenhang mit dem Bau und der Nutzung von Programmen (Organisation und Strukturierung der Daten, Analyse-Anwendungen etc.).

Firmware: Firmware ist ein Programm, das in einem Speicher (ROM) aufgezeichnet ist. Sie stellt die Logik der niedrigen Ebene einer elektronischen Schaltung dar, die ein Gerät steuert. Sie gilt als Teil der Hardware und ist in das elektronische Gerät integriert, sondern auch eine Software, da sie die Logik darstellt und durch einen Typ einer Programmiersprache programmiert wird. Die Firmware erhält externe Befehle und reagiert durch den Betrieb des Gerätes.

Datenmaße: Bits und Bytes

Bits: Die Grundeinheit der Informationen innerhalb eines Computers ist ein binärer Wert (0 oder 1). Diese Grundeinheit der Informationen wird Bit genannt. Jedes Ereignis mit mehr als zwei Möglichkeiten kann mit einem einzigen Bit dargestellt werden, da es keine anderen Werte gäbe, um die Informationen zu kodieren. Für eine korrekte Kodierung muss jedem Element einer Menge ein anderes Element einer anderen Menge zugeordnet werden.

Bytes: Üblicherweise werden Informationen durch Zeichen dargestellt. Jedes Zeichen trägt eine bestimmte Anzahl von Bits. Ein Byte ist die Anzahl der Bits zur Speicherung eines Zeichens. Ein Byte entspricht 8 Bit.

Computerarchitektur und Peripheriegeräte

Computer bestehen aus Einheiten der Ein- und Ausgabe:

• Eingabegeräte: Geräte, über die Daten und Anweisungen in den Computer eingegeben werden. Beispiele: Tastatur, Maus, Digitalkamera, Scanner, Barcode-Leser.
• Ausgabegeräte: Geräte, über die Ergebnisse der vom Rechner implementierten Programme ausgegeben werden. Beispiele: Monitor, Drucker, Plotter, Sprach-Synthesizer.

Arten von Programmiersprachen

Maschinensprache

Die Maschinensprache ist die einzige Sprache, die der Computer direkt versteht. Sie verwendet das binäre Alphabet, bestehend aus den Symbolen 0 und 1 (Bits). Es war die erste Sprache der Computerprogrammierung, wurde jedoch aufgrund ihrer Komplexität durch andere, leichter erlernbare Sprachen ersetzt, die zudem die Fehleranfälligkeit reduzieren.

Assembly Language (Assemblersprache)

Die Assemblersprache ist eine Art von Low-Level-Sprache, die zum Schreiben von Computerprogrammen verwendet wird. Sie ist die direkte, für Programmierer lesbare Darstellung des Maschinencodes einer spezifischen Rechnerarchitektur. Sie wurde vor allem in der frühen Softwareentwicklung eingesetzt, bevor Hochsprachen existierten.

Hochsprachen

Eine Hochsprache (High-Level-Sprache) ist eine Sprache, die der menschlichen Natur nähersteht als die binäre Sprache der Computer (Low-Level-Sprache). Ihre Hauptfunktion besteht darin, dass Programme unabhängig von der spezifischen Hardware auf verschiedenen Rechnern genutzt werden können. Die einzige Bedingung ist, dass der PC über einen Übersetzer oder Compiler verfügt, der den Code in die spezifische Maschinensprache übersetzt.